一種鐵尾礦預拌混凝土及其製備方法
2023-04-24 21:23:16 1
專利名稱：一種鐵尾礦預拌混凝土及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種礦山固體廢棄物鐵尾礦在建材領域的資源化利用，尤其是涉及一
種鐵尾礦預拌混凝土及其製備方法。
背景技術：
改革開放以來，我國已成為世界上最大的建設市場，用砂量逐年攀升，長期的開 採，導致天然砂資源逐步枯竭，尋找新的砂資源，降低混凝土成本已刻不容緩，所以必須尋 找適宜的代砂材料。 在天然砂資源日益匱乏的同時，國內礦產資源在開發過程中排出大量的尾礦沒有 得到有效的利用。隨著礦產資源開發程度的提高，礦石的可開採品位相應降低，尾礦排出量 也在增加。世界各國每年排出的尾礦量約50億t，而我國僅2000年尾礦排放量就達6億t 左右。目前，我國金屬礦山堆存的尾礦達到80億噸以上，而且以每年產出8-10億噸尾礦的 速度增加，其中鐵礦山年排尾礦6-7億噸，有色礦山年排尾礦1. 8-2. 2億噸，黃金礦山年排 尾礦0. 3-0. 4億噸。目前我國的尾礦綜合利用率僅為7-9 % ，大量的尾礦只能堆放在尾礦庫 或一些自然場地中，如此之多的尾礦不可避免地帶來一系列的問題，其突出表現在資源浪 費、侵佔土地、植被破壞、土地退化、沙漠化以及粉塵汙染、水體汙染，甚至造成尾礦庫潰壩 等重大工程與地質災害。在21世紀，全國固體礦產採選業排出的尾礦將嚴重影響國土生態 環境和經濟建設，引起全國人民的關注。隨著礦產資源的大量開發和利用，礦石日益貧乏， 廢棄物作為二次資源再利用正日益受到世界各國的重視。開展尾礦資源綜合利用，變廢為 寶，化害為利，實現礦產資源的循環利用，是我國礦業所面臨的主要任務。
對於尾礦建材的開發研究，國外起步較早。早在60年代初，前蘇聯就開始了尾礦 建材的研究和生產，如克裡沃羅格鐵礦除將尾礦進行適當分級後用作混凝土的粗細骨料 外，還用細粒級的尾礦生產矽酸鹽建築製品；庫爾斯克則建起了以尾礦為主要原料的水泥 廠和玻璃廠；科夫多爾和卡齊卡納爾採選公司還用含大量矽酸鎂的選礦尾礦，研製出鎂質 水泥和水泥製品。加拿大以尾礦研究牆體材料，魁北克礦山還用磨細的尾礦燒制出耐火矽 磚。美國除從廢石中回收螢石、長石、石英等外，目前絕大多數尾礦被用作混凝土填料和鋪 路材料，也有人用鐵燧石巖尾礦製成密度可調的輕質磚。日本有人將鐵尾礦與10%的硅藻 土混合，燒製成輕質骨料。烏克蘭則將石英巖尾礦加以分級，> 0. 14mm的作為建築用砂， < 0. 04mm的用來生產氣孔玻璃和泡沫玻璃，0. 14 0. 04mm的用作混凝土填充料和製作泡 沫混凝土材料。國外許多金屬礦山都將二次資源進行了優化處理，並將剩餘的尾礦用於制 造尾礦磚和建築材料等。 根據20年來的尾礦整體利用實踐經驗，礦山廢石及選廠尾礦已可作為鐵路、公路 道渣、混凝土粗骨料來使用。多種礦山尾礦被作為免燒尾礦磚、砌塊、廣場磚、鋪路磚及新型 牆體材料的原料，有些礦山則將尾礦製成陶瓷牆地磚、瓦、輕質材料；還有很多礦山的尾礦 成為良好的水泥材料，有望形成尾礦水泥系列。尾礦作為建築用砂在混凝土中應用在國內 還是一項技術難題，2008年8月北京市科學技術委員會將"礦山廢棄物的資源化利用——鐵尾礦資源化應用技術研究"課題，作為北京市科委2008年科技計劃重大項目，出資560萬 元人民幣，公開招標課題承擔單位，目的是開展鐵尾礦的資源化應用技術研究，掌握鐵尾礦 用於瀝青混合料、水泥混凝土生產和應用的關鍵技術，以實現大規模、低能耗、無汙染地消 納鐵尾礦的目標。近年來，國家相繼落實了減免資源稅費等一系列優惠政策，引導和鼓勵社 會和企業資金投入尾礦等資源的利用開發項目，並積極支持企業開展技術攻關，進行技術 改造，加強尾礦綜合利用的技術創新，研發先進技術、先進設備、先進工藝，加快相關研究成 果轉化。 但是，由於尾礦產生量大，尾礦類型多、成份複雜，且尾礦粒度細，有價元素含量相 對較低，脫水、過濾難度大等，到目前為止仍然缺乏高效環保、經濟適用、大用量的尾礦資源 綜合利用技術和產品，尾礦綜合利用的難度大、成本高。
發明內容
本發明克服了現有技術存在的上述缺陷，其目的是為了解決冶金礦山企業產生的 鐵尾礦帶來的資源浪費、侵佔土地、環境汙染、地質與工程災害等問題，而提供一種鐵尾礦 預拌混凝土，該產品具有尾礦利用率高、利用量大、生產成本低且經濟環保的優點。
本發明的另一 目的是提供鐵尾礦預拌混凝土的製備方法。 為實現本發明的上述目的，本發明一種鐵尾礦預拌混凝土採用以下技術方案
根據鐵尾礦的化學成份分析、粒度分析，以雲母含量< 3. 0% (重量)、碳化物與硫 酸鹽(以S03計)含量< 1. 0% (重量)、細度模數為1. 3 2. 2的鐵尾礦為原料，用其代 替天然中砂配製C10 C40預拌混凝土，所述鐵尾礦取代天然中砂的量為40% 60% (重 本發明鐵尾礦預拌混凝土的製備方法採用以下工藝步驟 (1)對鐵尾礦原材料進行化學成份分析、粒度分析和放射性檢測，分別測定鐵尾礦 細砂、天然中砂的細度模數和級配，然後依據試驗按照一定比例混合，保證混合砂的細度模 數和級配符合II級中砂的技術指標要求。 (2)配置鐵尾礦預拌混凝土 在與天然中砂混凝土同水灰比、同砂率、同坍落度的 情況下，將混合砂(鐵尾礦、天然中砂)、水泥、碎石、粉煤灰、外加劑按照不同混凝土強度等 級的配合比製作鐵尾礦預拌混凝土 。 (3)確定鐵尾礦的取代率分別測定鐵尾礦預拌混凝土工作性能、力學性能和耐 久性能，找出合適的取代率，保證鐵尾礦混凝土的各項性能均符合C10 C40等級技術指標 要求。 細度模數按照以下公式計算
formula see original document page 4 其中MX-細度模數；AO. 15-粒徑0. 15mm上顆粒累計篩餘百分率(％ );其他依次 類推。 本發明的有益效果是 (1)鐵尾礦的利用率高、替代量大，對於鐵尾礦的減量化、資源化、無害化以及在加 強國土整治、合理利用土地資源、礦產資源方面意義重大，具有明顯的社會效益。
(2)減少了石屑、尾礦排放量，減少了佔地，減輕了對環境的汙染，為保護水質做出 了貢獻，環境效益明顯。 (3)依據當地原材料價格比較，天然砂中砂單價55元/t，鐵尾礦單價17元/t， 如鐵尾礦砂的取代率為50%時，每方鐵尾礦預拌混凝土可降低成本約14元，其經濟效益非
常顯著。
具體實施例方式
為進一步描述本發明，下面結合實施例對本發明一種鐵尾礦預拌混凝土及其製備 方法作更詳細說明。 本發明一種鐵尾礦預拌混凝土及其製備方法按照以下工藝進行 (1)鐵尾礦原材料檢測。依據JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法
標準》對鐵尾礦進行化學成分分析，確保其中硫及其它有害成分不超標。對鐵尾礦進行表觀
密度、堆積密度、石粉含量、內外放射性指數等指標進行檢測，保證鐵尾礦的質量符合人工
砂規定的各項技術指標要求。 (2)混合砂的篩分配比試驗。依據JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗 方法標準》，分別測定鐵尾礦細砂、天然中砂的細度模數和級配，然後依據試驗按照一定比 例混合，保證混合砂的細度模數和級配符合II級中砂的技術要求。 (3)製作混凝土。依據GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》， 將鐵尾礦、天然砂、水泥、碎石、粉煤灰、外加劑等原材料按照不同強度等級(C10 C40)的 配合比製作混凝土，同時觀察混凝土的流動性、粘聚性、飽水性，並將鐵尾礦混凝土的工作 性能和天然砂混凝土作比較，保證鐵尾礦混凝土的工作性符合技術指標要求。
(4)測定混凝土的力學性能。依據GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗 方法標準》，製作混凝土的試件尺寸150X 150X 150mm，標準養護後，分別測定其7d、28d的 抗壓強度，並將鐵尾礦混凝土的力學性能和天然砂混凝土作比較，保證混凝土的力學性能 符合其技術指標要求。 (5)測定混凝土的耐久性。依據試驗標準，分別測定混凝土的抗凍性、抗滲性、幹縮 性等耐久性能，並將鐵尾礦混凝土的耐久性和天然砂混凝土作比較，保證混凝土的耐久性 符合其技術指標要求。
a.抗凍性能試驗 混凝土的凍融試件尺寸為100X 100X400mm，養護至28d齡期後，在15。C 20。C水 中浸泡4d，按照GBJ82-85《普通混凝土長期性能和耐久性試驗方法》快凍試驗法進行試驗， 凍融溫度凍_15°C _20"，融15°C 20°C。經過100次凍融循環後，分別測定混凝土度 件的強度損失率和重量損失率。
b.抗滲性能試驗 根據《用電量表示混凝土抗氯離子滲透標準試驗方法》ASTM C1202-97進行混凝土 抗滲性能對比試驗，經過處理的試件固定在兩個特定的水槽之間，水槽所用溶液分別為質 量濃度3. 0%的NaCl/L的NaOH。在兩個水槽間施加60V的直流電場，持續通電6小時後測 定通過混凝土試件的總電量。
c.幹縮性能試驗
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混凝土收縮試驗按照GBJ82-85《普通混凝土長期性能和耐久性試驗方法》中收 縮試驗方法，採用100X100X515mm長方體混凝土試塊，並使用測量標距為540mm，精度 為0. Olmm混凝土收縮儀。成型Id後拆模並於標準養護室養護至3d齡期，立即移入溫度 (20士3)t:，相對溼度(60±5) %的恆溫恆溼室中，測定其初始長度。此後，分別測量ld、3d、 7d、28d、60d齡期的混凝土收縮率。
(6)中試應用 鐵尾礦在預拌混凝土中應用試驗室階段完成後，必須組織混凝土現場中試，進行 了混凝土梁、板、柱等部位的澆搗試驗，在現場測試混凝土工作性能，並現場製作混凝土試 塊，標養後分別測定混凝土的力學性能、抗凍性能、抗滲性能和幹縮性能，針對混凝土在實 際澆搗中的狀況對混凝土級配進行優化，使之更加適合實際生產。
本發明在以下工程進行了試驗 (1)馬鞍山山鷹20萬噸造紙車間及成品庫工程是對原有4號造紙機進行技術改 造，添置新型進口造紙設備，形成20萬噸高強瓦楞紙生產能力。該工程於2007年12月開 工，在施工中採用了本發明創造的預拌混凝土。於08年4月份開始用鐵尾礦預拌混凝土 修建了主廠房工程，將鐵尾礦預拌混凝土應用到了該工程的梁、板、柱、基礎、墊層等重要 部位，混凝土強度等級由C15到C40，共供應混凝土量達25000m3，其中鐵尾礦預拌混凝土 16000m3。使用以來跟蹤調查顯示，鐵尾礦預拌混凝土和易性好，強度高，拆模後表面光滑， 未發現裂縫等質量問題，證明鐵尾礦預拌混凝土的使用效果良好。 (2)當塗東城藍灣工程於2008年7月開工，在施工中採用了本發明創造的預拌混 凝土。用於墊層、塔吊基礎、板基、牆板、高層樁頭等部位，混凝土等級由C15 C40，到目 前為止，共供應該工程鐵尾礦預拌混凝土量4288m3，其混凝土現場施工和易性較好，質量穩 定，未發現混凝土及鋼筋混凝土工程有質量問題，符合設計要求。
權利要求
一種鐵尾礦預拌混凝土，其特徵在於採用以下技術方案根據鐵尾礦的化學成份分析、粒度分析，以雲母含量＜3.0％(重量)、碳化物與硫酸鹽(以SO3計)含量＜1.0％(重量)、細度模數為1.3～2.2的鐵尾礦為原料，用其代替天然中砂配製C10～C40預拌混凝土，所述鐵尾礦取代天然中砂的量為40％～60％(重量)。
2. 如權利要求1所述的鐵尾礦預拌混凝土的製備方法，其特徵在於採用以下工藝步驟(1) 對鐵尾礦原材料進行化學成份分析、粒度分析和放射性檢測，分別測定鐵尾礦細 砂、天然中砂的細度模數和級配，然後依據試驗按照一定比例混合，保證混合砂的細度模數和級配符合II級中砂的技術指標要求；(2) 配置鐵尾礦預拌混凝土 在與天然中砂混凝土同水灰比、同砂率、同坍落度的情況 下，將混合砂(鐵尾礦、天然中砂)、水泥、碎石、粉煤灰、外加劑按照不同混凝土強度等級的 配合比製作鐵尾礦預拌混凝土；(3) 確定鐵尾礦的取代率分別測定鐵尾礦預拌混凝土工作性能、力學性能和耐久性能，找出合適的取代率，保證鐵尾礦混凝土的各項性能均符合C10 C40等級技術指標要求。
全文摘要
本發明公開了一種鐵尾礦預拌混凝土及其製備方法，根據鐵尾礦的化學成份分析、粒度分析，以雲母含量＜3.0％(重量)、碳化物與硫酸鹽(以SO3計)含量＜1.0％(重量)、細度模數為1.3～2.2的鐵尾礦為原料，用其代替天然中砂配製C10～C40預拌混凝土，所述鐵尾礦取代天然中砂的量為40％～60％(重量)，將混合砂(鐵尾礦、天然中砂)、水泥、碎石、粉煤灰、外加劑按照不同混凝土強度等級的配合比製作鐵尾礦預拌混凝土。本發明具有尾礦利用率高、利用量大、生產成本低且經濟環保的優點，對於尾礦資源的綜合利用和環境保護、減少尾礦庫佔地等具有重要的社會、經濟和環境效益。
文檔編號C04B28/00GK101698582SQ20091018499
公開日2010年4月28日 申請日期2009年10月26日 優先權日2009年10月26日
發明者何兆芳, 劉守城, 尹萬雲, 李業翔 申請人:中國十七冶建設有限公司